GPS RTK基準(zhǔn)站任意架設(shè)技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用

張明健

（中山市藍(lán)圖測繪工程有限公司 廣東中山 528400）

1 引言

GPS RTK技術(shù)廣泛應(yīng)用于海洋測量、地質(zhì)勘測等多個領(lǐng)域。對于在RTK測量中，對基準(zhǔn)站的位置要求高，必須設(shè)置在調(diào)查區(qū)域的已知控制點，而遠(yuǎn)離測量區(qū)域的地理位置以及環(huán)境因素和控制點問題對基準(zhǔn)站的設(shè)置造成了很大的障礙。而GPS RTK基準(zhǔn)站任意架設(shè)技術(shù)很好的解決了基準(zhǔn)站設(shè)置的問題。經(jīng)過RTK的動態(tài)測量，不僅提高了測量的精度，而且縮短了工程測量的時間。該技術(shù)是雖然是RTK測量的一個小環(huán)節(jié)，但意義重大，靈活運用可以起到意想不到的效果。總之，該技術(shù)在提高結(jié)果精度、加快作業(yè)效率、降低測量成本等方面發(fā)揮了重要作用。

2 GPS RTK基準(zhǔn)站任意架設(shè)技術(shù)基本原理及應(yīng)用前景

2.1 GPS RTK基準(zhǔn)站任意架設(shè)技術(shù)基本原理

GPS RTK技術(shù)由基準(zhǔn)站，流動站和數(shù)據(jù)鏈路的三個主要組成部分構(gòu)成。組成基準(zhǔn)站的設(shè)備具體包括電源，發(fā)送電臺和接收機等。組成流動站的設(shè)備包括電子手薄，接收電臺和接收機等。應(yīng)用軟件分為支持實時動態(tài)差分的軟件和工程測量應(yīng)用兩大類軟件。三方合作協(xié)調(diào)統(tǒng)一完成工程測量任務(wù)。其是在基于全球定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用RTK技術(shù)讓指定位置坐標(biāo)系可以測量三維坐標(biāo)的一項新技術(shù)，其工作原理相對簡單。GPS接收機的基準(zhǔn)站，多個人員流動站以及相應(yīng)的軟件和數(shù)據(jù)鏈需要一起實施，并且基準(zhǔn)站通過基準(zhǔn)站電臺的載波發(fā)送觀測采集獲得的數(shù)據(jù)給流動站。流動站的接收機實時結(jié)合地理位置信息，通過比較觀測值得到GPS差分改正值，然后獲得實時坐標(biāo)位置，精度和高程指標(biāo)等數(shù)據(jù)。起始整周模糊度的計算是使用GPS RTK技術(shù)精確測量工程項目的關(guān)鍵，其數(shù)值應(yīng)保持不變。因此，必須確保在基準(zhǔn)站和流動站之間有高質(zhì)量的數(shù)據(jù)通訊。整個測量工作的完成使用GPS RTK技術(shù)來進行工程測量的外業(yè)測量時，基準(zhǔn)站接收機應(yīng)該設(shè)置在測量區(qū)域地勢高的，無干擾的位置，以便于實時觀察并采集所有可見的GPS衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。

2.2 GPS RTK技術(shù)應(yīng)用前景

目前，GPS RTK定位技術(shù)應(yīng)用前景可觀。它是基于載波相位觀測的實時差分技術(shù)，這是GPS測量技術(shù)發(fā)展的新突破，在工程測量方面中應(yīng)用潛能是無限的。使用RTK技術(shù)的工程測量不僅可以實時了解定位結(jié)果，還可以實時了解定位精度。因為其要求較高，基準(zhǔn)站接收機應(yīng)實時將觀測數(shù)據(jù)和已知數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅鲃诱綠PS接收機。之后流動站迅速解決整周模糊度。觀察四顆衛(wèi)星后，可以實時解決厘米級流動站的動態(tài)位置大大提高運行效率。因此，除GPS靜態(tài)相對定位技術(shù)依然被使用在高精度控制測量外，RTK技術(shù)還可用于地形測繪中的控制測量，地形測量中的控制測量以及邊界點位置的測量。在之前地形測圖首先根據(jù)控制點加密地圖根控制點，然后在圖根控制點處使用經(jīng)緯儀測繪或平板測繪方法繪制地形圖。盡管后來被開發(fā)為使用全球儀器和電子手冊使用地理編碼，地形圖使用繪圖軟件進行了映射。但是，它要求對現(xiàn)場進行調(diào)查，并測量周圍景觀等地面特征，并且至少需要2～3人才能進行操作。當(dāng)使用GPS RTK技術(shù)進行測繪時，只有一個人需要在要進行測量的位置持有儀器一到2s，并同時輸入特征編碼，并通過電子手冊或便攜式微型計算機記錄。當(dāng)精度符合要求時，測量一個地區(qū)的地形特征。然后回到室內(nèi)或現(xiàn)場，專業(yè)地圖軟件可以輸出所需的地形圖。使用RTK技術(shù)來測量點位置不需要點之間的可視通信，并且只需要一個人來執(zhí)行測繪工作，這極大地提高了測量效率。

3 GPS RTK基準(zhǔn)站任意架設(shè)技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用中的利弊

GPS RTK基準(zhǔn)站任意架設(shè)技術(shù)優(yōu)勢很明顯，體現(xiàn)在以下幾個方面：①只需將GPS相關(guān)設(shè)備與電腦連接即可實現(xiàn)全自動實時監(jiān)控和定位。該操作簡單，方便，易于掌握。②可以將測量精度提高到更高的水平，減少測量數(shù)據(jù)誤差對工程項目的影響，實現(xiàn)坐標(biāo)更精確的定位。③該技術(shù)不受周圍環(huán)境和天氣的影響，并且可以連續(xù)24h工作。④該技術(shù)可以任意選擇基準(zhǔn)站的位置，而且不需要受到本地控制點的約束，這有利于加快測量工作的進度，并且具有很高的工作效率。

該技術(shù)在工程測量中雖然有很多優(yōu)點，但在實際應(yīng)用過程中也存在不可避免的缺陷。①衛(wèi)星的數(shù)量將對測量的準(zhǔn)確性產(chǎn)生重大影響。當(dāng)5顆或更多顆GPS衛(wèi)星同時接收信號時，可以獲得理想的測量定位結(jié)果。但是，只有4顆衛(wèi)星發(fā)射信號，難以有效應(yīng)用于山區(qū)?；蛘咚且粋€高層建筑，有更多的工程測量操作。②在測量信號傳輸過程中，由于大氣電離層存在電磁波，而電磁波會有折射和反射現(xiàn)象，這樣會導(dǎo)致通信質(zhì)量出現(xiàn)很大的問題，并且測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性無法保證。這項技術(shù)不適用于高溫領(lǐng)域。另外，在操作中，需要將已知控制點的WGS-84坐標(biāo)與相應(yīng)已知點的局部坐標(biāo)進行匹配，以進一步計算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。如果下一個已知點相隔很遠(yuǎn)，則會增加匹配的難度。這些是在這項技術(shù)的實際應(yīng)用中存在并需要改善的缺陷。

4 GPS RTK基準(zhǔn)站任意架設(shè)技術(shù)用于工程的測量方法及檢驗

在某工程中，使用該技術(shù)進行1：500數(shù)字化地形測量，取得了良好的效果，并展示了該技術(shù)的測量優(yōu)勢。該工程測量中使用的儀器是Topcon雙頻Hiper GD GPS接收機，進行校準(zhǔn)和測量了這些點。當(dāng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后，一組地形特征在流動站進行了地形圖測量。在測量工作結(jié)束時，我們使用全站儀配合E500電子手冊檢查和測量通過上述方法測量的地形圖。將GPS RTK系統(tǒng)和全站儀配合E500電子手冊測得的建筑物特征點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)比較如表1。

分析表1的數(shù)據(jù)可以得出，平面誤差為-0.026～+0.026（m）之間，高程誤差在-0.022～+0.022（m）之間。相比全站儀來說，GPS RTK任意基準(zhǔn)站的精度指標(biāo)符合工程測量中有關(guān)《規(guī)范》規(guī)定。

當(dāng)運用此技術(shù)時，需要注意建立轉(zhuǎn)換模型的問題，以確保GPS RTK基準(zhǔn)站任意架設(shè)技術(shù)中的應(yīng)用的有效性。當(dāng)基準(zhǔn)站架架設(shè)在預(yù)先選定的任何點時，需要根據(jù)此時流動站測量的WGS-84坐標(biāo)和已知的本地坐標(biāo)來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換參數(shù)的解決方案，基于所獲得的結(jié)果建立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型。如果建立的基準(zhǔn)站位置始終不變，則轉(zhuǎn)換模型可用于后續(xù)的RTK測量。如果基準(zhǔn)站被設(shè)置為另一個任意點，則坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型也必須相應(yīng)地改變。需要重新執(zhí)行相同的操作步驟，選擇三個點來求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，建立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型。

表1 GPS RTK任意基準(zhǔn)站及全站儀配合E500電子手冊所測特征點坐標(biāo)數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語

對于工程測量而言，GPS RTK基準(zhǔn)站任意架設(shè)技術(shù)具有實用性強，操作方便等特點，同時也存在一定的技術(shù)局限性。為了更好的讓該技術(shù)得到應(yīng)用，因此在實際應(yīng)用過程中，應(yīng)該牢牢把握該技術(shù)的工作原理，并根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r靈活運用才能獲得更準(zhǔn)確的工程測量結(jié)果。同時，應(yīng)加大這方面的研究力度，改善該技術(shù)在應(yīng)用中的缺陷和不足，以促進該技術(shù)的廣泛推廣和應(yīng)用。

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